餐厨垃圾厌氧发酵产氢联合产丁醇机理研究

发布时间：2020-05-28 07:08

【摘要】：随着社会经济快速发展,人们对生活水平的要求日益提高,我国餐厨垃圾的排放量逐年增多。目前餐厨垃圾处理往往给环境带来二次污染,并且伴随生物质资源浪费。近年来厌氧发酵技术不断成熟,利用厌氧活性污泥和废弃物厌氧发酵制备氢气和丁醇的研究备受关注。餐厨垃圾厌氧发酵不但能高效地将废弃物资源转换为生物氢气、生物甲烷和生物丁醇等能源物质,还可以避免填埋、焚烧等方法引起的二次污染。本文通过间歇和连续两种发酵方式探究餐厨垃圾负荷对产氢性能的影响。从不同菌源中筛选野生丁醇菌,研究了丁醇菌基于不同底物发酵时丁醇累积规律,以及产丁醇发酵特性及机理。批式餐厨垃圾发酵结果表明,负荷对餐厨垃圾发酵气体成分及产率有显著影响,低负荷(2-8 g-VS/L)时沼气成分以CH_4和CO_2为主,当负荷达到10 g-VS/L后,气体成分以H_2和CO_2为主;负荷为2 g-VS/L的情况下,沼气中甲烷浓度高达90%,甲烷产率为212.99 m L/g.VS,负荷增大至30g-VS/L时,H_2和CO_2含量分别为50%和48%,氢气产率为96.67 m L/g.VS;发酵液主要产物为丁酸、乙酸和丙酸,属于丁酸型发酵;对体系中厌氧微生物群落结构进行分析,结果表明低负荷体系中细菌Ornatilinea、Levilinea和Bellilinea等为优势菌群,适宜pH较高(6.0-8.5),主要代谢碳水化合物,产生乙酸和乙醇等物质;高负荷环境中Clostridium sensu stricto和Trichococcus等为优势菌群,主要生成乙酸、丁酸和H_2,因此,负荷的增加导致了体系内菌群结构由甲烷菌占主导优势向产氢菌占主导优势的转变。另外,探究了连续产氢发酵餐厨垃圾负荷对产氢性能的影响,污泥经碱处理以抑制产甲烷菌活性。结果表明:15 g-VS/L为最佳负荷,气体总累积产量达14440mL;发酵初期H_2比例较大,60%-70%,无CH_4产生,进料第3批时发酵开始有CH_4(3%-29%)生成,H_2含量减少,于第6批后CH_4产量逐渐减少;每批发酵结束后体系氨氮浓度逐渐增加,氨氮对产甲烷菌活性有抑制作用。为了得到性能优良,充分利用餐厨垃圾等废弃物发酵的产丁醇菌,从土壤和餐厨垃圾中分别筛选到了NG1311、NG132和CC三株产丁醇菌株。菌株NG1311和CC菌落形态相同,呈现白色、突出、圆形、不透明状,NG132单菌落形态不同于上述菌种,为灰色、圆形、微突出、边缘略不整齐;革兰氏染色结果表明三株菌种均为革兰氏阳性菌,芽孢染色表明菌株是梭状芽孢杆菌,属于厌氧菌;三株菌株经过7%玉米醪发酵后,NG1311所产丁醇量最大0.76 g/L;主要有机酸产物为丁酸、乙酸和丙酸。以商业模式菌Clostridium acetobutylicum DSMZ 792为菌源,研究不同底物对于产丁醇性能的影响。结果表明以玉米醪为底物发酵溶剂产量最高,丁醇和总溶剂产量分别达11.95 g/L和18.45 g/L,A:B:E为3:6:0.5,丁醇占比较大,Clostridium acetobutylicum DSMZ 792可高效利用玉米淀粉;为降低生产发酵成本,以废弃物餐厨垃圾代替粮食作物玉米粉做底物发酵时,产丁醇和总溶剂产量分别为2.52 g/L和3.71 g/L,A:B:E为3.25:9:1,丁醇占比极大,有利于生产丁醇燃料。
【图文】：

有机成分利用的更加彻底。2.4.1.7 污泥微生物群落测定图2.7 细菌群落丰富度稀疏曲线Fig.2.7 Rarefaction curves of bacterial community abundanceFW0FW4FW20

3.4.2 分离纯化菌落结果表3.4 各菌落形态描述Table 3.4 The colony morphology descriptionNG1-110-2只在 A 区生长若干菌落，大多为集结生长，C 区仅生长了一个单菌落，形态类似于产丁醇菌10-4四个区均有细菌生长，A,B,C 区连片生长，单菌落未被分离出，D 区有少数单菌落生长，多为集结生长，细胞形态不宜观察10-6均有菌落形成，，类似于 10-4上的菌落形态，形状为圆形NG1-310-1A 区菌生长较多，集结生长，无单菌落，B 区有 8-10 个单菌落，形态为白色，不透明、边缘整齐的圆形状，可能为非产丁醇菌，D 区有两个单菌落，形态类似于丁醇菌10-1’B 区有单个菌落，形态为圆形，边缘光滑整齐，大小不一10-2C,D 区有单菌落形成，大部分集结生长，形态类似于丙酮丁醇梭菌CC 10-6C,D 区有单菌落形成，形状均匀，大小统一，形态如上
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ920.6

【参考文献】

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本文编号：2684903